用于与航空电子系统通信的开放世界通信设备、相关通信系统和通信方法与流程

用于与航空电子系统通信的开放世界通信设备、相关通信系统和通信方法
1.本发明涉及一种开放世界通信设备。
2.本发明还涉及与开放世界通信设备相关联的通信系统和通信方法。
3.具体地，本发明适用于具有飞行管理系统的航空电子系统。
4.在航空领域，被称为“fms(flight management system)”系统的飞行管理系统是一个重要的飞行器系统，飞行员可以通过该系统输入需要跟进的飞行数据，例如飞行计划、到达点、航路点等。
5.因此，“fms”系统就其本身而言可以用于对飞行的规划，具体地用于预测飞行器要执行的飞行轨迹以及与该轨迹相关的所有数据，例如飞行时间、耗油量等。
6.所以，例如，自动驾驶系统可以控制由“fms”系统所规划的飞行轨迹，以便自动引导飞行器沿着轨迹飞行。
[0007]“fms”系统通常与显示屏和允许飞行员向此系统输入数据的输入装置相连接。然后由“fms”系统进行运算所产生的数据能够被展示在显示屏上和/或发送至其他系统。
[0008]“fms”系统是航空电子系统的一部分，并具有以此为目的的封闭世界系统。
[0009]
通常飞行员会使用不属于所述封闭世界系统的其他电子设备向“fms”系统输入数据，相比之下，将该类设备被称为开放世界通信设备。
[0010]
具体地，这意味着此类开放世界通信设备不遵循与封闭世界系统的设备相同的规则，因此，此类开放世界通信设备也不具备与封闭世界系统的设备的完整性和安全性。
[0011]
在飞行员可以使用的开放世界通信设备中，具体地，已知有一种被称为“电子飞行包(electronic flight bag)”或efb的电子设备。
[0012]
这种设备通常是例如电子平板电脑的形式或其它的便携电子设备，尤其是允许飞行员进行与飞行计划相关的一系列运算。
[0013]“efb”系统可以进一步用于储存飞行过程和其他有用信息。
[0014]
为了避免开放世界通信设备与航空电子系统的任何相互影响，飞行员通常采用手动输入的方式将来自例如efb设备的数据输入至fms系统或者更通常地其他航空电子系统。
[0015]
然而，为了使飞行员的工作更加流畅、减少飞行员的工作量并降低出错的风险，更希望能够将至少一部分开放世界通信设备与具体地诸如fms系统的航空电子系统直接相连
[0016]
在现有技术中，一些解决方案已经可以用于至少部分地提供开放世界通信设备和航空电子系统(具体地，如“fms”系统)之间的连接。
[0017]
具体地，此类解决方案使用许多过滤系统，从而可以过滤开放世界通信设备向fms系统所发送的每个请求。
[0018]
然而，现有系统仍存在缺陷，因为现有系统需要设置相对复杂的结构，同时无法完全避免出现可能的恶意请求。
[0019]
本发明的目的是克服现有系统这类缺陷，并提出一种用于直接与航空电子系统通信而无需引入复杂结构的同时提供高水平安全性的开放世界通信设备。
[0020]
为此，本发明的主题是一种与飞行器的电子航空系统通信的开放世界通信设备，
其包括能够向航空电子系统发送请求并从航空电子接收数据的应用组件。
[0021]
所述设备的特征在于还包括接口组件，所述接口组件包括能够拦截由应用组件发送的每个请求的通信模块和能够测试由通信模块拦截的每个请求以确定所述请求在合格状态和不合格状态之间的状态的航空电子系统的克隆。
[0022]
所述通信模块仅能向航空电子系统发送具有合格状态的请求。
[0023]
根据本发明的其他有利方面，开放世界通信设备包括以下至少一个特征，采用单个特征或其所有技术上可能的组合。
[0024]-所述通信模块还能够针对每个具有不合格状态的请求向应用组件发送出错信息；
[0025]-所述接口组件还包括授权模块，所述授权模块能够对所述应用组件进行授权，以便授权所述应用组件向所述航空电子系统发送请求；
[0026]-由所述航空电子系统发送的数据的形式为由航空电子系统传播的数据流为，且其中所述接口组件能够直接将数据流发送至应用组件；
[0027]-所述通信模块能够以加密形式向所述航空电子系统发送相应请求；
[0028]-所述接口组件是与航空电子系统相连接的所述设备的唯一组件；
[0029]-所述接口组件是应用程序的形式；
[0030]-所述克隆的形式为航空电子系统的软件克隆。
[0031]-当符合下列至少一个条件时，所述克隆将请求的状态确定为不合格：
[0032]-在预定时间间隔内发送的请求数量与克隆的处理能力不兼容，
[0033]-请求的格式与预期格式不相符，
[0034]-请求执行时导致意外的数据，
[0035]-在不危及乘客下，不允许航空电子系统执行所述请求；
[0036]-所述通信模块能够在应用组件所发送的至少一个请求具有不合格状态时阻断所述应用组件；
[0037]-所述设备包括多个应用组件，并且每个应用组件均能够通过接口组件向航空电子系统发送请求并从所述航空电子系统接收数据；
[0038]-所述航空电子系统为飞行管理系统；
[0039]
本发明还涉及一种用于飞行器的通信系统，包括：
[0040]-航空电子系统；
[0041]-与所述航空电子系统通信的开放世界通信设备，所述设备如上所定义。
[0042]
根据本发明的其他有利方面，所述通信系统还包括将所述开放世界通信设备与所述航空电子系统相连接的接口。
[0043]
本发明还涉及一种用于与飞行器的航空电子系统通信的方法，该方法由如上定义的开放世界通讯设备实现；
[0044]
所述方法包括以下步骤：
[0045]-生成用于航空电子系统的请求；
[0046]-拦截所述请求；
[0047]-测试由通信模块拦截的请求，并确定所述请求在合格状态和不合格状态之间的状态；
[0048]-当请求具有合格状态时，将请求发送至航空电子系统。
[0049]
本发明的特征和优点将在阅读以下仅作为非限制性示例给出的描述并参考其所附附图时显现，其中：
[0050]
图1是本发明的通信系统的示意图，该通信系统具体包括本发明的开放世界通信设备；
[0051]
图2是图1所示的开放世界通信设备的详细示意图；
[0052]
图3是本发明的通信方法的流程图，该通信方法是由图2所示的开放世界通信设备实现的；
[0053]
图4是说明图3的通信方法的实现的示意图。
[0054]
图1示出了用于飞行器的通信系统10。
[0055]
具体地，飞行器是指由至少一名飞行员至少部分使用下文所述的航空电子系统进行驾驶的飞机、直升机、无人机或其他任何飞行器。这种航空电子系统可以直接安装在飞行器上，也可以对飞行器进行远程遥控。在后一种情况下，飞行器的驾驶也是远程遥控执行的。
[0056]
如图1所示，通信系统10包括航空电子系统12、接口14和开放世界通信设备16。
[0057]
具体地，航空电子系统是一种被称“fms”系统的飞行管理系统12。所述系统12在下文中将被称为fms 12。
[0058]
就其本身而言，具体地，fms 12可以用于从飞行员输入的数据开始计算飞行器的轨迹，并预测与所述轨迹相关的数据。具体地，这些数据都是从开放通信设备16以请求形式输入的，下文将对此进行解释。
[0059]
fms 12可以进一步生成数据，例如用于另一个航空电子系统，和/或飞行员，和/或开放世界通信设备16的数据。这些数据后来被称为飞行管理数据。
[0060]
具体地，fms 12被连接到一个或多个显示屏以及诸如键盘的输入数据的装置。
[0061]
就其本身而言，fms 12可以通过与另一名飞行员相关的另一飞行管理系统加倍。
[0062]
接口14可用于将开放世界通信设备16连接至fms 12。
[0063]
接口14具有例如通过电线与fms 12连接的通道，并无线连接至开放世界通信设备16。
[0064]
在一些实施方案中，接口14还具有作为开放世界通信设备12的基座的支持器。
[0065]
因此，在这种情况下，开放世界通信设备16可以例如放置于所述支持器用于例如充电或通过电线连接到fms 12；当开放世界通信设备16从该支持器上移除时，所述设备16就其本身而言可以例如通过一种无线数据传输协议与fms 12无线连接。
[0066]
开放世界通信设备16具有例如平板电脑，或诸如配置为供飞行员与fms 12通信的智能手机的其他便携式电子设备。
[0067]
一般来说，开放世界通信设备16可具有现有技术中称为“电子飞行袋”或“efb”的电子设备的功能。
[0068]
具体地，开放世界通信设备16允许飞行员在准备飞行计划期间至少执行某些与计算相关的操作。
[0069]
下文将参考图2对开放世界通信设备16进行更详细的说明。
[0070]
如图2所示，开放世界通信设备16包括多个应用组件22-1、...、22-n和接口组件
24，所述接口组件24使得每个应用组件22-1、...、22-n通过接口14连接至fms12。
[0071]
开放世界通信设备16还包括了本身已知的组件(没有在图2中显示)，诸如处理器、内存、屏幕、输入装置等。
[0072]
每个应用组件22-1、...、22-n都具有例如储存在开放世界通信设备16的内存中的应用程序，该应用程序可以用于实现飞行员可使用的至少一些与fms12相关的功能。
[0073]
因此，每个应用组件22-1、...、22-n都可以生成要发送到fms12的请求，并且可以从fms 12接收飞行管理数据。
[0074]
为了将每个应用组件22-1、...、22-n连接到fms，接口组件24包括通信模块31、授权模块32和fms 12的克隆33。
[0075]
具体地，接口组件24为一个或多个软件程序的形式，或者至少部分地为可编程逻辑电路的形式，例如fpga(现场可编程逻辑门阵列)。
[0076]
通信模块31使得可以拦截来自每个应用组件22-1、...、22-n的每个请求，以便将所述请求发送至克隆33。
[0077]
通信模块31还使得可将具有合格状态的请求进行加密并发送到fms模块12。
[0078]
最后，通信模块31使得可以将具有不合格状态的请求拒绝或将发回至相应的应用组件，下文将对此进行详细解释。
[0079]
授权模块32对从22-1至22-n的每个应用组件进行授权，以便于所述应用组件可以与接口组件24通信。
[0080]
为此，授权模块32包括例如用于识别所有被授权与fms 12通信的应用组件的数据库。
[0081]
根据实施方案的另一个实例，授权模块32能够实现对每个应用组件的具体分析，以便于确定是否向该应用组件递送与fms 12通信的授权。
[0082]
克隆33使得可以自主复制fms 12。为此，克隆33是例如fms12的软件克隆的形式。
[0083]
换句话说，克隆33可以模拟fms 12的操作。
[0084]
另外，克隆33可以接收由通信模块31所拦截的每个请求以便确定其合格性。
[0085]
具体地，克隆33使得可以确定每个拦截的请求在合格状态和不合格状态之间的状态。
[0086]
根据克隆33执行的建模，当执行请求时会导致fms 12的正常运转时，则将拦截的请求与合格状态关联。
[0087]
根据克隆33执行的建模，当执行请求时会导致fms 12的异常运转或至少一个异常的结果数据时，则将拦截的请求与不合格状态关联。
[0088]
具体地，当符合下列至少一个条件时，则将拦截的请求与不合格状态关联：
[0089]-在预定时间间隔内发送的请求数量与克隆33的处理能力不兼容；
[0090]-请求的格式与预期格式不相符；
[0091]-具体地，基于飞行器当前的飞行环境，请求执行时导致意外的数据；
[0092]-在不危及乘客下，飞行器不会执行要发送给fms 12的飞行计划；
[0093]
具体地，很明显例如根据克隆33执行的建模，当请求导致正常fms运转不稳定时，则将该请求与不合格状态关联。
[0094]
根据另一个实例，当请求导致性能数据超出飞行器能力之外时，也将该请求与不
合格状态关联。
[0095]
当将请求与不合格状态关联时，通信模块31能够将该请求和出错信息一起发送回生成该请求的应用组件。
[0096]
所述出错信息可例如包括关于所述请求的完整报告。
[0097]
开放世界通信设备16能够实现本发明的通信方法，下文讲参照图3所示的其步骤的流程图以及图4所示的这些步骤的实施进行说明。
[0098]
起始步骤110对应于授权应用组件22-1至22-n与fms 12通信的授权步骤。
[0099]
步骤110可以例如在飞行器飞行之前、相应的应用组件安装期间或在该应用组件在开放世界通信设备16上打开期间执行。
[0100]
具体地，在所述步骤期间，相应的应用组件向授权模块32发送授权请求。
[0101]
根据该应用组件的具体特性，授权模块32授权或不授权该应用组件与fms 12进行通信。
[0102]
此后，认为每个应用组件22-1至22-n都被授权与fms 12进行通信。
[0103]
当应用组件，例如应用组件22-1向fms 12发送请求时，执行后续步骤120。
[0104]
这可以例如在准备或修改飞行计划期间，例如按照飞行员的相应请求执行。
[0105]
如图4所示，在步骤120期间，应用组件22-1向通信模块31发送相应请求。
[0106]
在下一个步骤130期间，通信模块31拦截由应用组件22-1发送的请求并将其发送至克隆33。
[0107]
在下一个步骤140期间，克隆33确定所接收到的请求的合格性。
[0108]
为此，克隆33模拟fms 12对所述请求的执行。
[0109]
克隆33接着分析所述执行的结果。
[0110]
当所述执行已经使得fms 12正常运行时，克隆33确定该请求为合格状态，并在步骤145期间向通信模块31发送所述合格状态的请求。在这种情况下，步骤150期间，通信模块31对要发送至fms模块12的信息进行加密再通过接口14将其发送，换言之，所述请求以加密的形式由通信模块31发送至fms 12。
[0111]
当克隆33认为相应请求已经导致fms运行异常，例如当满足上述条件之一时，在步骤155期间，克隆33向通信模块31发送具有不合格状态的请求。在下一个步骤160期间，然后通信模块31向发送请求的应用组件22-1发送出错信息。该出错信息可以与相应的请求和/或错误相关的完整报告一起发送。
[0112]
如果合适，当已经将请求与不合格状态关联时，通信模块会对发送相应请求的应用组件22-1进行阻断。
[0113]
当fms 12执行具有合格状态的请求时，所述系统以例如由所有授权的应用组件接收的数据流的形式传播飞行管理数据。此过程是例如直接完成的且不受接口组件24控制。
[0114]
因此，本发明具有一些优点：
[0115]
首先，本发明使诸如平板电脑的开放世界通信设备能以安全的方式连接到fms。
[0116]
这是通过将fms的克隆直接整合到开放世界通信设备中实现的。
[0117]
因此，当设备的应用程序组件之一发送的请求存在风险时，该请求会被拦截并且不会发送到fms。
[0118]
最后，本发明不修改航空电子世界，并且具体地，不通过将一组新组件整合到开放
世界通信设备中来修改fms的任何组件。
[0119]
这样，使用现有的硬件组件就可以执行本发明中简单而容易的操作。
[0120]
当然，其他实施方案也可以实现。
[0121]
具体地，很明显本发明同样适用于除fms以外的任何航空电子系统。在此情况下，整合到本发明开放世界通信设备中的克隆可以复制该航空电子系统的运行。因此，显然之前所述内容也适用于任何航空电子系统。